JP6294921B2 - 金属材料ブッシング - Google Patents

Description

本発明は、特にエアバッグやベルトテンショナの点火装置のように高い圧力を受ける装置の特に金属・固定材料ブッシングのためのリング状またはプレート状の部材、金属・固定材料、およびこのような種類の金属・固定材料ブッシングの利用法に関する。

金属・固定材料ブッシングは、従来技術からさまざまな施工形態で知られている。金属・固定材料ブッシングとは、特にガラス、ガラスセラミック、プラスチックのような固定材料を金属の中で真空気密に溶融したものをいう。このとき金属は電気導体として機能する。その代表的なものは米国特許５，３４５，８７２号明細書、米国特許３，２７４，９３７号明細書を参照されたい。このような種類のブッシングは電子工学や電気工学で広く普及している。溶融接合に用いられる材料、特にガラスは、絶縁体としての役目をする。典型的な金属・固定材料ブッシングは、予備成形された焼結ガラス部分へ金属の内側導体が溶融接合されるように構成されており、焼結ガラス部分またはガラス管は、リング状またはプレート状の部材で形成されるいわゆる基体を備える外側の金属部分へ溶融接合される。このような種類の金属・固定材料ブッシングの好ましい用途としては、たとえば点火装置が該当する。点火装置はとりわけ自動車のエアバッグやベルトテンショナで用いられる。この場合、金属・固定材料ブッシングは点火装置の構成要素である。点火装置全体は、金属・固定材料ブッシングのほかに点火ブリッジ、火薬類、点火機構を密封して取り囲む金属カバーなどを含んでいる。ブッシングには、１つまたは２つまたは２つ以上の金属ピンを挿通することができる。１つの金属ピンを備える特別に好ましい実施形態では、ハウジングはアースにつながれ、好ましい２極の施工形態ではピンのうちの１つにつながれる。

米国特許出願公開第２００６／０２２２８８１号明細書、米国特許出願公開第２００４／０２１６６３１号明細書、欧州特許１４５５１６０号明細書、米国特許出願公開第２００７／０１８７９３４号明細書、及び米国特許１８１３９０６号明細書より、特にエアバッグやベルトテンショナの点火装置のための金属・固定材料ブッシングが公知となっており、これらは金属ピンのための貫通孔が基体から打抜かれることを特徴としている。基体の製造にあたっては、米国特許出願公開第２００７／０１８７９３４号明細書によれば、厚さが１ｍｍから５ｍｍの範囲内の、好ましくは１．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内の、特に１．８ｍｍから３．０ｍｍの範囲内の、特別に好ましくは２．０ｍｍから２．６ｍｍの範囲内の帯状材料から、打抜きプロセスによって基体の全体厚みＤに開口部が打抜かれる。

固定材料の中の金属ピンは、上述した範囲内にある基体の全体厚みにわたって基体に打抜かれた入口穴へ挿入される。

さらに貫通孔は、１つを超えるピンを備えるブッシングでは、米国特許出願公開第２００７／０１８７９３４号明細書によれば偏心的に配置される。

米国特許出願公開第２００７／０１８７９３４号明細書に記載の薄板材料からの打抜きは、数多くの欠点を有している。１つの欠点は、たとえば基体の薄板のような帯状材料からの打抜きのときに、多くの割合の廃棄材料が出ることにある。

独国特許出願公開第１０２００６０５６０７７号明細書より、着火式の防護装置のための点火装置が公知となっており、この点火装置は金属ピンの電気ブッシングを位置固定するための外套部を有しており、および、外套部と金属ピンとの間の相対運動を防止する手段を有している。米国特許出願公開第２００７／０１８７９３４号明細書の場合と同じく、独国特許出願公開第１０２００６０５６０７７号明細書でも基体はたとえば帯状材料のような薄板から打抜かれ、このことは大量の廃棄材料を結果として伴う。さらに、独国特許出願公開第１０２００６０５６０７７号明細書と同じく、貫通孔は偏心的に配置されている。

欧州特許出願公開第１４９１８４８号明細書は、ピン状の導体のために中心部に配置された貫通孔を備える電流ブッシングを示している。貫通孔はその製造方法に関しては何も記載されておらず、基体の厚み全体にわたって延びている。

特に２つの金属ピンと偏心的に配置された貫通孔とを備える金属・固定材料ブッシングの場合、偏心的な貫通孔がガラス接合部の脆弱化につながるという問題が生じる。

そこで本発明の課題は、上に述べた従来技術の欠点を回避し、特に、従来技術よりも少ない廃棄材料で、特に冷間成形法で製作することができる、金属・固定材料ブッシングのためのリング状またはプレート状の部材の形態の基体を提供することにある。さらに、基体を特別に簡単に製造できるようにすることが意図される。

本発明によるとこの課題は、プレート状の部材の実質的に中心部に配置された貫通孔を有する、金属・固定材料ブッシングの基体を構成するプレート状の部材によって解決され、プレート状の部材は厚み（Ｄ）を有しており、プレート状の部材の貫通孔の領域には解放領域が設けられている。解放領域により、プレート状の部材の厚みが貫通孔の領域で低減され、好ましくは、リング状またはプレート状の部材に貫通孔を解放領域の領域で打抜くことができるようになっている。開口部の打抜きにより、特別に簡単に製造できる基体が提供される。

たとえばリング状またはプレート状の部材全体の厚みが４ｍｍであれば、たとえば冷間成形された材料からパンチを用いて押し抜くことができる解放領域によって、貫通孔の領域で低減された厚みＤＲを準備することができる。解放領域の高さＨＦがたとえば１．５ｍｍであれば、厚みＤが４ｍｍの場合、２．５ｍｍの低減された厚みＤＲがリング状またはプレート状の部材の領域に生じることになり、そこに貫通孔を作成することが意図される。低減された２．５ｍｍの厚みＤＲは、基体を冷間成形する場合に存在する硬質ないし固い材料でも、低減された厚みの領域からの貫通孔の打抜きを可能にする。

リング状またはプレート状の部材の厚み（Ｄ）が解放領域によって２０％から６０％、特に３０％から５０％低減されると特別に好ましい。

リング状またはプレート状の部材を、現在広く使用されている施削されたコンポーネントに適合させるために、リング状またはプレート状の部材の厚みＤは３．５から６ｍｍの範囲内にあることが意図される。貫通孔の領域の打抜きの可能性を保証するために、低減された厚みは１．５ｍｍから４．５ｍｍの範囲内、好ましくは２．０ｍｍから３．０ｍｍの範囲内にある。このような適合性により、特に冷間成形である成形と打抜きとによって製作されるコンポーネントを、本発明に基づき、施削により製作されるコンポーネントの代替としてエアバッグ点火装置で使用することが可能であり、製造方法を大幅に変更する必要がない。

リング状またはプレート状の部材は鋼材でできており、特に、１重量％から５重量％、特に２重量％から４重量％の銅割合を含む特殊鋼でできているのが特別に好ましい。このような種類の材料は、プレート状の部材ないし基体を成形により、特に冷間成形により、たとえば線材料から製作できるようにすることを可能にする。その場合、たとえば上記の銅割合を含む鋼材からなる線材からまず一片が切り取られ、次いで、たとえば据込みなどの成形によって所望の形状にする。このことは、材料がある程度の弾性を有している場合にのみ可能であり、このことは上述した銅割合によって実現される。上述した成形により、特に冷間成形により、材料が非常に強く圧縮ないし硬化される。

プレート状の本体の材料は成形によって、特に冷間成形によって加工可能であるばかりでなく、信頼度の高いレーザ溶接の可能性も保証する。

驚くべきことに、鋼材、特に１重量％から５重量％の銅割合を含む特殊鋼は、これら両方の相反する特性を兼ね備えていることが見出されており、すなわち、一方では成形法のための、特に冷間成形法のための十分な弾性を有するとともに、他方では、点火装置の金属・固定材料ブッシングで発生する場合がある負荷時の高い引抜力ないし高い押出力に耐えるために、十分な強度ないし曲げ剛性を有している。

成形された、特に冷間成形されたリング状またはプレート状の部材は、実質的に円筒状の線材の丸形ないし円形の外側輪郭に基づき、実質的に丸形または円形の外側形状を有している。金属・固定材料ブッシングの金属ピンについての上に説明した押出力の値を実現するために、貫通孔は、固定材料と基体の相対運動を防止する手段を含むように構成されていると好ましい。

このことは、たとえば貫通孔に突起が設けられていることによって実現され、または、たとえば貫通孔が実質的にテーパ状の形状を有することによって実現される。

金属・固定材料ブッシングについて特徴的である上に説明した押出力とは、金属・固定材料ブッシングの貫通孔に挿入された固定材料をブッシングから押し出すために印加しなければならない力をいう。押出力の大きさは、流体静力学式または機械式に判定することができる。押出力が機械式に判定されるときには、固定材料の面がパンチで付勢され、このとき固定材料に押圧されるパンチの面積は固定材料の面積よりも小さい。

上記の別案として、押出力を流体静力学式に測定することもできる。流体静力学式の測定の場合、固定材料が流体静力学的な圧力で、たとえば水圧で付勢され、どの流体静力学的な圧力のときに固定材料が貫通孔から押し出されるかが測定される。

本発明によるリング状またはプレート状の部材のほか、本発明は、このような種類のリング状またはプレート状の部材を基体として備える金属・固定材料ブッシングも提供するものであり、この金属・固定材料ブッシングの金属ピンは固定材料を用いてリング状またはプレート状の部材の貫通孔へ挿入される。

そのためにまず金属ピンが、たとえばガラス栓であってよい固定材料に溶融接合される。次いで、ガラス栓が金属ピンとともに貫通孔へ挿入され、ガラスと本例ではリング状またはプレート状の部材である金属リングが加熱され、それにより、冷却後に本例ではガラス栓である固定材料に金属が焼き嵌めされるようにする。

このとき、金属ピンが相対運動を防止する手段を有しているのも同様に好ましい。このような手段は、ガラス接合領域における金属ピンの直径の局所的な拡張部および／または狭隘部を含んでいるのが特別に好ましい。もっとも単純な事例ではこのことは、たとえば金属ピンのロール加工によって適当な型押し工具を通じて生成することができる、金属ピンの刻み目によって実現される。これ以外の適当な成形および製造方法も、当然ながら本発明の対象に含まれる。

２つの金属ピンが設けられている金属・固定材料ブッシングが提供されるのが好ましい。リング状またはプレート状の部材の貫通孔は、本発明では実質的に中央部に配置されているので、両方の金属ピンは湾曲して施工される。一方の金属ピンはガラス栓の貫通孔へ絶縁をするように挿通されるのに対して、他方の金属ピンはアースピンとして構成され、基体と導電接続されるのが好ましい。

本発明による金属・固定材料ブッシングは、任意の施工形態の点火装置で用いられるのが好ましい。たとえばこのような種類の点火装置は、特にエアバッグやベルトテンショナのような着火式の防護装置のために設けることができる。このような種類の着火式の防護装置は、本発明による金属・固定材料ブッシングを含んでおり、ならびに、この金属・固定材料ブッシングの基体と結合されたキャップを含んでおり、金属・固定材料ブッシングとキャップの間に発射薬が封入されている。本発明に基づいて構成された金属・固定材料ブッシングを備えた点火装置は、たとえば高温ガスジェネレータ、低温ガスジェネレータ、ハイブリッドジェネレータのようなガスジェネレータで利用することができる。好ましい利用分野は、上に挙げたように、たとえばエアバッグやベルトテンショナといった着火式の防護システムのための装置である。特に金属・固定材料ブッシングのプレート状の本体は、ブランクから成形によって製作されるのが特別に好ましい。

本発明によるリング状またはプレート状の部材のその他の用途も、同様に本発明の対象に含まれる。上記以外の好ましい用途は、たとえば圧力センサのブッシング部材としての利用法である。

金属・固定材料ブッシングを成形によって製造する方法では、特に線状の材料からなるブランクが準備され、このブランクが加工されて、ブランクから成形されるリング状またはプレート状の部材に貫通孔を特に打抜きによって穿設できるようにされる。

ブランクの加工ないしブランクの形成は成形のみによって行われ、特に冷間成形によって行われるのが好ましい。この方法の各加工ステップは、さまざまに異なる順序で実施することができる。

限定をするものではないが、１つの考えられる順序は次の方法ステップを含んでいる：
− 特に線状の材料からなるブランクを準備し、
− ブランクを特に据込みによって成形し、特に冷間で成形し、このとき相対的な幾何学的寸法が変化して、実質的に円形の外側輪郭を備えるプレート状の部材を生じ、
− プレート状の部材に解放領域を穿設し、
− 製作されるべき貫通孔の領域でプレート状の部材がプレート状の部材の厚みよりも、特に基体の厚みよりも小さい厚みを有することになるプレート状の部材への解放領域の穿設後、貫通孔の領域における低減された厚みを利用して、打抜きプロセスにより貫通孔を作成する。

解放領域はブランクまたはリング状またはプレート状の部材に、ないしは基体に穿設することができ、そのために、ブランクまたはリング状またはプレート状の部材がパンチに対して押圧される。パンチの領域では、好ましくは鋼材であり、特に１から５重量％の銅割合の銅を含むステンレス鋼である材料が、パンチの圧力に基づいて、ブランクまたはリング状またはプレート状の部材の周りで流動する。このようにして、パンチによって解放領域をブランクまたはリング状またはプレート状の部材に穿設することができる。別案として、ブランクまたはリング状またはプレート状の部材をパンチに対して押圧するのでなく、ブランクまたはリング状またはプレート状の部材の少なくとも１つの側に対してパンチを押圧することも可能である。このことは、圧力に基づいてプレート状の本体の材料が、圧力が及ぼされる側に向かい合う側で押し出されるという結果につながる。このプロセスの結果は、同じく解放領域の創出である。

上に説明したような解放領域に加えて、成形ないし変形により、特に冷間成形により、解放領域と向かい合う側に別の開口部、たとえばテーパ状の開口部を穿設することができる。

解放領域ないし解放領域および／または別の開口部の穿設後、解放領域ないし別の開口部の領域に打抜き工具が挿入され、打抜きによって貫通孔が作成される。リング状またはプレート状の部材の厚みは、打抜かれるべき貫通孔の領域で、好ましくは１．５ｍｍから４．５ｍｍの値まで低限しているのが好ましい。

成形プロセスと打抜き工具によって、テーパ状に延びる貫通孔が切削加工なしで製作されると特別に好ましい。

上に説明した方法の利点は、金属・固定材料ブッシングで用いられるリング状またはプレート状の部材の製作が、どの異なる方法ステップでも実質的に同じ時間インターバルで行われるという点にある。このことは、成形、特に冷間成形のステップ、解放開口部ないし解放領域ないし別の開口部を穿設するステップ、ならびにリング状またはプレート状の部材に貫通孔を打抜くステップが、実質的に同じ時間を要することを意味している。このようにして、線状の材料を出発点としてさまざまに異なる作業ステーションで、すなわち冷間成形の作業ステーション、解放開口部を穿設する作業ステーション、および打抜きの作業ステーションで、実質的に等しい作業サイクルにより、貫通孔を備えるリング状またはプレート状の部材を製造することが可能である。たとえば従来技術のように、切削加工で製作もしくは成形されるリング状またはプレート状の部材が、打抜きプロセスによる穴ではなく穿孔プロセスにより穿設することが必要であると、穿孔ステップが成形よりもはるかに長い時間を要することになり、そのためにリング状またはプレート状の部材の製造が、上述した成形法と比べて少なくとも２倍の時間を要することになる。

本発明によるリング状またはプレート状の部材のさらに別の利点は、上述した製造法では廃棄材料が発生せず、もしくはせいぜい非常にわずかな廃棄材料しか発生しないことである。したがって特別に効率的な製造を行うことができる。

上に述べたとおり、プレート状の部材は鋼材、特に１重量％から５重量％の範囲内の、特に２．０重量％から４重量％の範囲内の銅割合を含むステンレス鋼でできていると好ましい。このような種類の材料は、リング状またはプレート状の部材ないし基体を成形により、たとえば線材料から製造できるようにすることを可能にする。その場合、上に挙げた銅割合を含む鋼線材からまず一片が切り取られる。次のステップで、これが成形によって、たとえば据込みによって、プレート状の部材の所望の形状にされる。このことは、材料がある程度の弾性を有している場合にのみ可能であり、このことは、上記の銅割合によって実現される。上述した成形により、材料は非常に強く圧縮ないし硬化される。

ただし材料は、特に冷間成形である成形によって加工されるというだけでなく、たとえばエアバッグ点火装置のための用途では、ブッシング開口部での固定材料の確実な保持をも可能にする。その目安となるのは、特に点火装置での用途の場合、固定材料に機械的に作用する押出力である。押出力の大きさについては数多くの工業規格があり、たとえば１３５０バールまたは１３６０バールから１５００バールおよび１６００バールおよび１７５０バール、さらには２０００バールまたは２５００バールまたは３０００バールにまで及ぶ。上記の数値は押出力と対応する圧力表記であり、上に説明した方法によって流体静力学式に測定される。点火装置としての用途では、これは関連する爆発圧力に相当している。

さらに材料は、点火キャップを取り付けるのに広く用いられる方法である、確実なレーザ溶接可能性を保証しなければならない。

解放領域は、貫通孔の打抜き加工性を可能にするだけではないことが判明している。解放領域でのリング状またはプレート状の部材の厚みの低減は、たとえば爆発圧力による圧力付勢のときに、部材の局所的な撓曲も促進する。発明者らは、このような撓曲が必ずしも不都合なわけではなく、貫通孔の中の固定材料の引抜き抵抗性を高めることさえあることを見出しており、これは特に、相対運動を防止する上記の手段を貫通孔が有している場合である。

このことは次のように説明することができる。解放領域およびこれに伴って解放開口部が部材の圧力と反対側にあるとき（特に下面）、たとえば点火装置の点火時や押出力の測定時に発生する圧力は、部材の上面全体に作用する。部材の撓曲は、特に材料の強度と厚みに依存して決まる。解放領域外部の領域では、本発明による部材の材料は、本来は撓曲が起こり得ない程度の硬さと厚みを有している。しかし解放領域の厚みが低減した領域では局所的な撓曲が生じ、これが上面での材料の圧縮および下面での伸長につながる。その結果として、貫通孔は傾向的に上側領域（すなわち圧力のほうを向く側）で押し縮められ、下面では拡張することになる。固定材料（および好ましくはその中の金属ピン）が貫通孔の中にあると、上側領域では横からの圧力が貫通孔すなわち固定材料のガラス接合領域の表面に対して垂直方向に及ぼされ、それと同時にガラス接合された金属ピンにも及ぼされる。このような局所的なプレス圧力を、貫通孔からの固定材料の引抜力のかなりの増大につなげることができる。こうした増大は、貫通孔が（押し縮められる）上側領域で、（拡張される）下側領域よりも大きい直径を有することによって、いっそう高めることができる。異なる直径は、好ましくは貫通孔の段部またはテーパ状の形状によって具体化される、相対運動を防止する手段であるのが好ましい。

さらに、解放領域におけるリング状またはプレート状の部材の厚みの低減は、この部材と、たとえば点火装置や圧力センサのカバーキャップである他の部材との溶接性を向上させることができる。すなわち解放領域での部材の厚みの低減により、この部材は、解放領域に比べて大きい厚みをもつ周回するリング状の領域を有することになる。たとえば点火装置や圧力センサを製造するとき、通常、貫通孔にガラス接合された金属ピンがリング状またはプレート状の部材に存在している。同様に、部材の底面に第２の導体が取り付けられていてよい。カバーキャップは、通常、部材の外側円周領域に溶着される。カバーキャップを溶接するときに、必然的に熱が部材に注入される。このとき、こうした熱注入によって固定材料としてのガラスが損傷しないように配慮しなくてはならない。解放領域によって生じる周回するリング状の領域は、注入された熱を再び放射することができ、そのようにして固定材料の温度負荷を低減する広い表面を有している。すなわち、このリング状の領域は溶接のときにいわば溶接縁部として作用する。簡素化される溶接性により、部材を仕上げ加工して最終製品にするときの不良品を減らして、プロセス安定性を高めることができる。

リング状またはプレート状の部材を製造する上述した方法のほか、このような種類のリング状またはプレート状の部材を基体として備える金属・固定材料ブッシングを製造する方法においては、まずリング状またはプレート状の部材が上述したように製作される。次いで、たとえばガラス栓であってよい固定材料に金属ピンを溶融接合する。次いで、ガラス栓を金属ピンとともに貫通孔へ挿入し、ガラスおよび本例ではリング状またはプレート状の部材である金属リングを加熱し、それにより、冷却後に金属が本例ではガラス栓である固定材料に焼き嵌めされる。

２つの金属ピンが設けられた金属・固定材料ブッシングを製造する方法が好ましい。プレート状の部材の貫通孔は実質的に中央部に配置されているので、両方の金属ピンは湾曲して施工される。一方の金属ピンはガラス栓の貫通孔へ絶縁をするように挿通され、それに対して他方の金属ピンはアースピンとして構成されて、たとえば硬ろう付けによって基体と導電接続されるのが好ましい。

次に、本発明の解決法について図面を参照しながら説明するが、これに限定をするわけではない。具体的には図面に次のものが示されている：

図１ａは、本発明によるリング状またはプレート状の部材である。 図１ｂは、本発明によるリング状またはプレート状の部材である。 図１ｃは、本発明によるリング状またはプレート状の部材である。 図２ａは、従来技術に基づくリング状またはプレート状の部材である。 図２ｂは、従来技術に基づくリング状またはプレート状の部材である。 図２ｃは、従来技術に基づくリング状またはプレート状の部材である。 図３ａは、本発明による金属・固定材料ブッシングである。 図３ｂは、本発明による金属・固定材料ブッシングである。 図３ｃは、本発明による金属・固定材料ブッシングである。 図４ａは、従来技術に基づく金属・固定材料ブッシングである。 図４ｂは、従来技術に基づく金属・固定材料ブッシングである。 図４ｃは、従来技術に基づく金属・固定材料ブッシングである。 図５ａは、本発明によるリング状またはプレート状の部材を製造する方法である。 図５ｂは、本発明によるリング状またはプレート状の部材を製造する方法である。 図５ｃは、本発明によるリング状またはプレート状の部材を製造する方法である。 図５ｄは、本発明によるリング状またはプレート状の部材を製造する方法である。 図６ａは、リング状またはプレート状の本体の金属組織断面の位相線の、成形で製造したときと切削加工で製造したときとの対比である。 図６ｂは、リング状またはプレート状の本体の金属組織断面の位相線の、成形で製造したときと切削加工で製造したときとの対比である。

図１ａ−１ｃには、基本的に金属・固定材料ブッシングの基体として利用される、本発明によるリング状またはプレート状の形成物ないし部材が示されている。リング状またはプレート状の部材１は、図１ｂに平面図で示すように、実質的に円形の外側輪郭３を有している。リング状またはプレート状の本体１は成形プロセスによって、特に冷間成形プロセスによって、たとえば線材から製造されるのが好ましい。その場合、線材からまず一片が切り取られ、これに続いてその断片が成形法により、特に据込みにより、図１ｂに平面図、図１ｃに裏面１４から見た三次元の図として示すように、円形または円状の形態にされる。

これに続いて、成形された部品１にたとえばパンチによって解放領域５が穿設される。パンチで解放領域を穿設するとき、変形した材料がパンチの周りで流動する。

方法ステップの順序は一例にすぎない。別案として、まず解放領域を穿設し、解放領域を備えているリング状の部材を成形により、特に冷間成形により、所望の形状にすることもできる。

裏面１４から見た図１ｂの平面図に示すように、同じく実質的に円形である解放領域の高さないし厚みはＨＦである。

成形によって得られるリング状の部材全体の厚みはＤである。すなわち材料は、リング状の本体の回転軸Ｒに対して実質的に中央に貫通孔が穿設される領域で脆弱化されて、それにより、貫通孔１０がリング状の部材１に貫通されなければならない中実材料はＤＲだけとなる。リング状の本体の厚みＤは、解放領域の穿設によって、２０％から６０％、特に３０％から５０％低減するのが好ましい。高さないし厚みＨＦのただ１つの解放領域が存在している場合、高さないし厚みＨＦはリング状またはプレート状の本体の厚みｄの２０％から６０％、特に３０％から５０％である。リング状またはプレート状の部材の厚みＤは３．５ｍｍから６ｍｍの間で、また打抜かれるべき領域の厚みＤＲは１．５ｍｍから４．５ｍｍの間で、それぞれ変動するのが好ましい。金属・固定材料ブッシングでリング状の部材１が使用される場合、貫通孔１０には金属ピンがたとえばガラス栓のような固定材料へ挿入される。そしてガラス栓は貫通孔の壁部に当接する。圧力が高いときでも、ガラス栓にガラス接合された金属ピンが貫通孔１０から押し出されるのを防止するために、プレート状の部材１の前面１２の裏面１４に対する相対運動を防止するための手段が設けられている。本実施例ではこのことは、貫通孔が少なくとも領域２０にわたってテーパ状に延びていることによって実現される。

図２ａ−２ｃは、図１ａ−１ｃとの比較で、従来技術に基づくリング状またはプレート状の部材を示している。

従来技術に基づくリング状またはプレート状の部材１００は切削加工で製作され、または、たとえば線材の一区域から成形されたコンポーネントとして得られるものである。

コンポーネント１００には、金属ピンのガラス接合のために貫通孔１１０が穿設される。図１ａとは異なり、リング状またはプレート状の本体で金属・固定材料ブッシングのために製作されるリング状またはプレート状の基体に穿設される貫通孔１１０は偏心的に、すなわち、回転軸Ｒに対してオフセットされた状態で、穿設される。偏心的な配置に基づき、および、貫通孔が貫通しなければならない非常に大きい厚みＤＳに基づき、冷間成形されたリング状またはプレート状の部材１００から貫通孔を打抜くことは不可能である。むしろ貫通孔１１０は、たとえば４．５ｍｍの厚みＤＳをもつ基体に、穿孔によって穿設される。これは打抜きステップと比べて大幅に高いコストのかかる方法であり、特にこのような種類の穿孔は、成形によるリング状またはプレート状のコンポーネントないし部材の製作よりもはるかに長い時間を要する。穿孔が必要とされる理由は、特に、成形プロセスによって材料が強く圧縮されるために、単純な打抜きが可能ではないからである。図２ｂは、従来技術に基づくプレート状の部材１００の平面図を示しており、図２ｃは三次元の図を示している。偏心的に配置された貫通孔１１０が、図面に明らかに認められる。

図３ａから３ｃには、本発明による図１ａ−１ｃのリング状の部材の特にエアバッグ点火装置用の金属・固定ブッシングでの利用法が示されている。ここで図３ａは図１ａに準ずる断面図を示しており、図３ｂは図１ｂに準ずる平面図を示しており、図３ｃは裏面１４から見た図１ｃに準ずる斜視図を示している。

図１ａおよび１ｃと同じ構成部分には、同じ符号が付されている。

リング状の部材１が明らかに認められる。さらに、たとえば成形されたリング状またはプレート状の部材１からパンチを用いて押し抜かれた解放領域５を見ることができる。パンチ加工部の上方には、本例ではテーパ状の形状２０を有する、厚さＤＲの残留材料から打抜かれた貫通孔１０が見られる。図３ａ−３ｃの実施例では貫通孔の長さ全体にわたってテーパ形状が穿設されているが、別案の実施形態では、テーパ形状は貫通孔の長さの一部にわたってのみ延びており、すなわち貫通孔はその場合、テーパ状の区域とこれに後続するテーパ状でない区域との２つの区域を有している。テーパ状の区域はたとえば成形ないし変形によって作成することができ、テーパ状でない区域は打抜きによって作成することができる。

別案として、切削加工法で材料剥離によって、たとえば穿孔および／またはフライス加工によって、解放領域を製作することも同様に可能である。同様に、まず上に説明したプロセスによる成形で解放領域を予備成形し、次いで、フライス加工および／または穿孔のような切削加工法によって最終成形をすることによって、各方法を組み合わせることも可能である。このように解放領域という概念は、本発明の意味においては、それが製作される種類に関わりなく用いている。特にこの概念は、成形による製作と、フライス加工および／または穿孔のような切削加工法による製作とを含んでいる。このように、この概念は解放穿孔穴とも同義で用いることができる。

リング状またはプレート状の部材は、全部で２つの金属ピン５０，５２を備える金属・固定材料ブッシングのためのベースとしての役目をする。金属ピン５０は、本例ではガラス材料であるが、ガラスセラミック材料またはセラミック材料であってもよい固定材料６０の中で、リング状またはプレート状の基体１に対して絶縁されて、前面から裏面へと挿通されるのに対して、第２の金属ピン５２はアースピンとしての役目をする。そのために第２の金属ピン５２は、リング状またはプレート状の本体１と直接的に結合されている。金属ピン５０と金属ピン５２はいずれも湾曲して施工されている。両方の金属ピンの湾曲部は符号５４ないし５６が付されており、明らかに認めることができる。

さらに金属ピン５０は、ガラス栓に係合し、そのようにして、金属ピンがガラス接合されたガラス栓６０から圧力が高いときでも金属ピンが押し出されるのを防止する手段６２を金属ピン５０自体に備えている。

固定材料１０への金属ピン５０のガラス接合は溶融接合によって行われる。金属ピンが固定材料に溶融接合されるとただちに、ガラス栓が金属ピンとともに貫通孔１０へ挿入される。次いで、ガラス栓がリング状またはプレート状の部材とともに、すなわち基体とともに加熱され、それにより、冷却後にリング状またはプレート状の部材の金属が固定材料へ、本例ではガラス材料へ焼き嵌めされ、これは金属ピンがガラス栓に挿入される先ほどのガラス栓の製作と同様である。アースとしての役目をする金属ピン５２は、たとえば硬ろう付けによって、プレート状の部材と導電接続されている。はんだ付け個所は符号７０が付されている。

図３ｂは、本発明による金属・固定材料ブッシングを裏面１４から見た平面図を示している。リング状またはプレート状の部材１の中央のブッシング１０が、この平面図に明らかに認められる。さらに、湾曲した金属ピン５０ないし５２が明らかに認められる。特に金属ピン５０に明らかに見られるとおり、金属ピンはその端部７２のところでリング状またはプレート状の基体の中心Ｒに対してオフセットされており、すなわち湾曲している。このことは金属ピン５２にも該当する。湾曲したピンは、図３ｃの図面にもはっきりと見ることができる。金属・固定材料ブッシング全体の図３ｃの図は、特に、金属ピンのはんだ付け領域７０や、リング状またはプレート状の基体の解放領域５も示している。解放領域５を有する、本発明による基体としてのリング状またはプレート状の部材を備える金属・固定材料ブッシングに特徴的なのは、基体への金属ピンのガラス接合部２０が部分領域のみで行われており、すなわち貫通孔の厚みＤＲのみで行われており、基体の全体厚みＤにわたって行われていないことである。それと対照的に図４ａ−４ｃに示す従来技術に基づく金属・固定材料ブッシングのガラス接合は、図２ａ−２ｃに示すように、リング状またはプレート状の成形された基体の厚みＤＳ全体にわたって行われている。ガラス接合１６０は、同じくリング状またはプレート状の部材の貫通孔１１０で金属ピン１５０とともに行われている。金属ピン１５０がガラス接合部１６０へ挿入されているのに対して、金属ピン１５２はリング状またはプレート状の基体１００にはんだ付けされている。金属ピン１５０および金属ピン１５２の両方のピンは、直線状に施工されている。

図４ｂは、図４ａの金属・固定材料ブッシングの平面図を示している。図４ａと同じ構成部分には同じ符号が付されている。明らかに見られるように、金属ピン１５０，１５２は湾曲した構造を有していない。図４ｃは、図４ａ−４ｂの構成部分を裏面１１４から見た斜視図である。

図５ａには、プレート状の部材の製造方法の実施形態のさまざまなステーションが示されている。第１のステーションでは、線状の材料１０００からブランク１０１０が切り出され、ないしは切り取られる。第２のステップでは、すなわち、切り取られたブランクが製造プロセスへ搬送される第２のステーションでは、ブランク１０１０が据込みによって成形され、特に冷間成形され、これは外側寸法が、加工されるべきリング状またはプレート状の部材が有さなくてはならない外側寸法に相当するまで行われる。このとき相対的な幾何学寸法が改変され、本例ではブランクは据込みによって幅が広くなる。これに続く第３のステーションでは、変形されたプレート状の部材１０２０が圧力１０３をもってパンチ１０４０に対して押圧される。リング状またはプレート状の部材の材料は、リング状またはプレート状の部材がパンチに対して押圧される圧力に基づき、パンチを取り囲む。それによってパンチの領域でプレート状の部材から材料が取り除かれ、第４のステーションに示す解放開口部ないし解放領域１０５０を備えるプレート状の部材が残る。上述した各方法ステップの順序の記述は一例にすぎない。まず初めにブランクに解放開口部を穿設し、これに引き続いて成形を行うこともできる。ステーション２での成形ステップと、たとえばステーション３での成形による解放領域の穿設とを、たとえばステーション２のただ１つのステーションで行うことも可能であろう。そうすればステーション３は不要である。

解放領域により、リング状またはプレート状の部材の領域１０６０では、プレート状の部材の厚みＤが大幅に低減されており、すなわち厚みＤＲまで低減している。このときリング状またはプレート状の部材の厚みは２０％から６０％、特に３０％から５０％低減され、すなわち、厚みＤＲは厚みＤの８０％から４０％、好ましくは７０％から６０％である。そして第５の方法ステップで、打抜き工具１０６０が解放開口部へ挿入されて、打抜きステップにより、低減された厚みのリング状またはプレート状の部材にたとえばテーパ状の貫通孔１０７０が貫通される。それにより実質的に、第５のステーションに図示するような、解放開口部と貫通孔とを備えるリング状またはプレート状の部材が得られる。本発明による方法は、上述した各々のステーションについて、すなわち線状の基本材料の切断、成形、解放開口部ないし開口領域の穿設、および厚みが低減したプレート状の部材からの貫通孔の打抜きについて、各加工ステップの実質的に等しいサイクル時間が生じることを特徴としている。それにより、本発明による方法を非常に高度に自動化することが可能である。

図５ｂおよび５ｃには、成形によって解放領域および／または別の開口部を穿設するために原則として可能な一例としての２通りの方法が示されている。図５ｂでは、図５ａの第３のステップと同じく、リング状またはプレート状の部材１０２０がパンチ１０４０に対して押圧され、それによって材料がパンチの周りに流動し、それに基づいて解放開口部および／または別の開口部が生じる。別案として、図５ｃに示すように、プレート状の基体１０２０がパンチ１０４０に対して押圧されるのでなく、逆にパンチ１０４０を、リング状またはプレート状の基体１０２０に押し付けることも可能であろう。その場合には圧力は、リング状またはプレート状の本体のパンチと向かい合う側で材料を押し出す。その結果、やはり解放領域および／または別の開口部をそなえるリング状またはプレート状の部材が得られる。

図５ｄには、解放領域１０５０に追加して、向かい合う側２０５０に別の開口部２１００が穿設された後に、生じた残留厚みＲＤが打抜かれる方法が示されている。図５ａ−５ｃと同じ構成部分には同じ符号が使われている。好ましくはテーパ状であってよい別の開口部は成形によって、たとえばパンチを用いて穿設されるのが好ましい。しかしながら、第２のステーションで成形時にすでに解放領域１０５０および解放領域１０５０に向かい合う側２０５０に好ましくはテーパ状の別の開口部２１００が特に同じく成形によって穿設されれば、上記が必要なくなるので特別に好ましい。このことは、１つの方法ステップしか必要ないという利点がある。別の開口部を穿設することで、あとは別の開口部２１００と解放領域１０５０の間にある残留厚みＲＤを打抜きステーションで貫通させて、金属ピンが挿入される貫通孔を準備するだけでよい。その場合、図に明らかに認められるように、たとえば貫通孔２２００は２つの領域を有しており、すなわちテーパ状の領域ないしテーパ状の開口部２１００と、打抜かれた領域２３００とを有している。このように、この別案の方法によってテーパ状の開口部を特別に簡単に、すなわち好ましくは成形ステップでの成形によって、作成することができる。当然ながら、図５ａの方法と同じくまずブランクをステーション２で据込みし、次いで当該ステップで、解放穴および／または別の開口部を作成することもできる。貫通されるべき残留厚みＲＤは全体厚みＤの１０％から７０％であり、好ましくはリング状またはプレート状の部材の全体厚みＤの３０％から５０％である。

図６ａには、図１ａに示すような、成形法と打抜き法で製作されたリング状またはプレート状の部材１の金属組織断面が示されている。

図１ａと同じ構成部分には同じ符号が付されている。

図６ａの金属組織断面から明らかにわかるとおり、本発明の方法により製作されたリング状またはプレート状の部材１は、領域１６００で成形プロセスにより湾曲した構造線／流動線１５００を特徴としている。
これと対照的に図６ｂは、特に旋削部品である、切削加工により製作されたコンポーネント１００を示している。同じく構造線／流動線２０００が描き込まれている。これらの構造線／流動線２０００は実質的に平行であり、リング状ないしプレート状の部材１００が図６ｂに示すように製作された棒材料と同じ方向に向いている。貫通孔１１０はコンポーネント１００から穿孔でくり抜かれている。

本発明により、簡単な仕方で製造することができ、従来技術に基づく金属・固定材料ブッシングとの適合性を特徴とし、それによって従来型の点火装置ないしエアバッグへの組付が可能であるリング状またはプレート状の部材が初めて提供される。特に本発明により、実績のある既存の点火装置デザインのための金属・固定材料ブッシングを、いっそう省材料的に製造することが可能である。特に、相対運動を防止する手段を備えた貫通孔の一実施形態であるテーパ状の貫通孔を、特別に簡単な仕方で製作することができる方法が提供される。さらに、プレート状の部材を簡単な仕方で製作することができる方法が提供される。

Claims (10)

1. エアバッグ及びベルトテンショナのいずれか一方の点火装置において高圧を受ける金属材料ブッシングであって、
   丸形又は円形の外側形状（３）を有する冷間成形部材である部材を有し、
   前記部材は、
   前記部材の実質的に中央部に配置され且つ前記部材の前側から前記部材の後側まで伸びる貫通孔と、
   前記部材の前記後側で前記貫通孔の領域に設けられ、且つ前記点火装置の高圧側から遠位に配置された、解放領域であって、前記解放領域の近傍の領域における前記貫通孔の直径よりも大きな直径を有し、前記部材は、全体の厚み（Ｄ）と、前記解放領域において少なくとも１つの低減された厚み（ＤＲ）と、を有し、前記少なくとも１つの低減された厚み（ＤＲ）は、前記全体の厚み（Ｄ）から前記解放領域の高さ（ＨＦ）だけ低減されたものである、解放領域と、
   前記貫通孔に配置された絶縁シール材と、
   少なくとも部分的に前記絶縁シール材内にあり且つ前記貫通孔（１０）に配置された第１の金属ピンと、
   前記部材に導電接続され且つ前記貫通孔（１０）内に延びていない、アースピンである第２の金属ピンと、
   を備え、
   前記部材は、銅成分を含む特殊鋼でできていることを特徴とする、金属材料ブッシング。
2. 前記低減された厚み（ＤＲ）は、１．５ｍｍから４．５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の金属材料ブッシング。
3. 前記低減された厚み（ＤＲ）は、２．０ｍｍから２．６ｍｍの範囲内である、請求項２に記載の金属材料ブッシング。
4. 前記部材の前記全体の厚み（Ｄ）の少なくとも１つは、３．５ｍｍよりも大きい、請求項１に記載の金属材料ブッシング。
5. 前記部材の前記全体の厚み（Ｄ）の少なくとも１つは、３．５ｍｍから６．０ｍｍの範囲内である、請求項４に記載の金属材料ブッシング。
6. 前記部材は、１重量％から５重量％の銅割合を含む特殊鋼でできている、請求項１から５のいずれか１項記載の金属材料ブッシング。
7. 前記銅割合は、２重量％から４重量％である、請求項６に記載の金属材料ブッシング。
8. 前記貫通孔は、少なくとも部分的に実質的にテーパ状の延在部を有する、請求項１から７のいずれか１項記載の金属材料ブッシング。
9. 前記解放領域は、前記解放領域の近傍の領域における前記貫通孔の直径よりも大きな直径を有していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の金属材料ブッシング。
10. 前記金属材料ブッシングは、
    前記貫通孔内に配置されたブッシング材料と、
    少なくとも部分的に前記ブッシング材料内に設けられ、前記貫通孔内に配置された第１の金属絶縁ピンと、
    前記部材に導電的に接続されたアースピンであり、前記貫通孔内に延びていない第２の金属ピンと、
    を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項記載の金属材料ブッシング。

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